節能技術在油田地面工程設計中的應用

王丹（大慶油田有限責任公司第七采油廠規劃設計研究所）

節能降耗是提高企業經濟效益，增強企業競爭力的重要措施。石油行業是國民經濟的支柱產業，同時又是主要耗能行業之一。節能降耗，降低成本，提高效益，是目前各油田所面臨的一個重要問題。對油田企業來說，所消耗的能源為原油、天然氣、電、成品油等，為此，從地面工程規劃設計為切入點，從強化科學管理和技術創新入手，積極推廣節能技術在工程設計中的應用，以降低損耗、高效利用資源，將節能技術合理應用到工程項目中。

1 節能設計中應遵循的原則

在油田地面工程設計中應始終貫徹的原則是節約能源、合理利用能源，提高經濟效益，統一設計標準和技術要求。

新建項目的設計能耗指標，應達到國內同類型且條件類似的工程項目的先進水平，應根據項目的實際特點和范圍，進行工程設計能耗水平的評價，為節能或合理利用能源所增加的投資，其回收率要符合國家的相關標準。設計中應采取多種措施降低油田地面工程的綜合耗能和油氣損耗【1】。具體應考慮以下幾項節能措施：

1）采用能量利用合理、油氣損耗低的先進油氣集輸工藝和新型設計。

2）對油田地面工程的平面布局和主要工藝設備與設計參數進行優化時，應根據操作條件選擇最佳時機。

3）根據油田生產不斷變化的特點，合理確定工程規模和低耗設備，必要時可分段配置設備。

4）采用新型高效節能設備，嚴禁使用國家已經公布淘汰的設備產品。

5）按照油田的具體情況，可以采用電動機調速裝置和新型電力電子節能技術，提高電能利用效率。

依據美國國內法庭做出的判決，美國商務部沒有法律依據對非市場經濟國家采取反補貼措施。然而，法庭同樣也沒有明確表示美國國內法禁止當局對非市場經濟國家征收反補貼稅。因此，法庭模糊的判決依然賦予了商務部極大的自由裁量權，這無疑增加了這一問題的解決難度。

6）優化加熱和換熱過程，回收低溫熱量，提高熱能的利用率。

7）做好集輸油、供熱等管線和設備的保溫（冷），減少散熱（冷）的能量損失。

8）按照油田的具體情況，積極實行燃氣驅動、熱電和熱動力聯供，做好能量平衡，提高能源綜合利用水平。

9）采用目前應用成熟的自控技術，提高產品質量，減少能耗。

10）合理地選用配套工藝設施，提高機械采油、注水、油氣集輸系統的效率。

2 油田地面工程設計中的主要節能措施

節能技術的著眼點應是降低無功損耗。設計時首先找出哪些方面的能量消耗是無用的，其次再考慮采取什么措施來節能。例如，油氣集輸的能耗、油氣損耗及供配電系統的無功損耗，都是無用的能量損耗。節能設計應把握“ 滿足功能、經濟合理、技術先進” 的原則，可重點從以下幾個方面采取節能措施，將節能技術應用到實際工程中。

2.1 減少油氣集輸過程的能量損耗

簡化的工藝流程對降低油氣集輸動能的消耗起到了決定性的作用。在工藝設計時，應減少油氣增壓的次數，集油過程應少設或者不設中轉站。集油半徑應按照各油田自身的特點及具體情況進行方案對比和經濟評價。集油管線設計，首先應對油氣物性特別是流動特性進行試驗研究，然后結合實際情況，通過經濟對比分析，選擇低能耗、經濟效益高的集輸油工藝[2]，合理確定原油的流速、輸送溫度及其他重要參數。

油氣集輸工藝設計，應利用各種有利因素，通過采取加強管線保溫、井口加藥降黏、管線通球清蠟等有效措施，來降低能量損耗。根據各油田實際情況盡量采用單管不加熱集油。當原油黏度高、原油含蠟量高、氣候寒冷，實現單管不加熱集輸有困難時，或者按采油工藝要求固定熱洗清蠟、井下摻液及水力活塞泵提升時，可選擇在井口或者井下摻液的集油工藝流程。

工程設計時還應合理選擇加熱爐。根據實際負荷確定加熱爐臺數和單臺負荷，提高加熱爐的負荷率。加熱爐的負荷率應為80%～90%。

2.2 減少供配電系統的無功損耗

2.2.1 合理選用供配電設備和用電設備，提高供配電系統的自然功率因數[3]

1）合理選擇變壓器容量，提高變壓器的負荷率。單臺變壓器的負荷率一般為60%左右，抽油機井變壓器的平均負荷率不低于30%。

2）新系列節能型變壓器，因其具有損耗低、質量輕、效率高、抗沖擊和節能顯著等優點，近年廣泛用于供配電系統中；所以，設計時應首選低損耗的節能型變壓器。

節能型變壓器通過改變變壓器的鐵芯材質和結構設計，減少自身鐵損，從而提高運行效率，實現降低損耗、節約電能的目的。S11 系列節能變壓器與S7 系列變壓器相比，空載損耗降低31%以上，負載損耗降低25%左右，總損耗降低25%以上。SH11系列高效節能變壓器與S7 系列變壓器相比，空載損耗降低70%左右，負載損耗降低25%以上，總損耗降低31%以上。

目前，全油田各類站場應用的老式變壓器約有2000 臺，平均容量350 kVA；各類機采井用老式變壓器約有20 000 臺，平均容量35 kVA。將1 臺機采井用老式變壓器改造或更新成節能型變壓器平均年節電900 kWh 左右；將1 臺站場用老式變壓器改造或更新成節能型變壓器平均年節電4800 kWh 左右。如果全油田每年改造或更新應用節能型變壓器的比例取10%，那么每年將在上一年的基礎上節電276×104kWh，10年累計節電1.518×108kWh。

3）選用高效的電動機和交流變頻調速裝置。提高電動機的效率和功率因數是減少電動機電能損耗的主要途徑。與普通電動機相比，高效電動機的效率要高3%～6%，平均功率因數可高7%～9%，總損耗減少20%～30%，因而具有較好的節電效果。所以在設計和技術改造中，應選用新系列高效率電動機，以節省電能。

采用變頻調速裝置，使電動機在負載下降時自動調節轉速，從而與負載的變化相適應，即提高了電動機在輕載時的效率，達到節能目的。在設計中，根據變頻的種類和需調速的電動機設備，選用適合的變頻調速裝置。

2014年，為了實現機泵運轉穩定、節約能耗，在10 臺輸油泵及1 臺高壓注水泵上安裝了變頻器，安裝變頻器后10 臺輸油泵年節電58.4×104kWh，1臺注水泵年節電164×104kWh。

2.2.2 合理選用和配置無功功率補償設備

無功功率在線路和變壓器傳輸過程中和有功功率一樣產生電能損耗，通常用功率因數cos來表示電網傳輸無功功率的情況。當cos=0.7 時，無功功率和有功功率基本相當，此時線路中有一半損耗和變壓器中有一半銅損是由無功功率引起的，所以，對運行功率因數偏低的電網進行無功功率補償會產生明顯的節電效果。

無功補償與降低線路損耗和變壓器銅損的關系為

KP=(1-cos21/cos22)×100%

式中：

目前油田配電網運行功率因數整體維持在0.75～0.85 之間，如果將負荷端功率因數平均提高0.05，預計需要裝設補償電容器13×104kvar，線路損耗和變壓器銅損會在原基礎上降低11%左右，其結果將使電網的線損率降低0.28個百分點，按目前電網年供電量計算，年網損電量將減少2430×104kWh。

3 結束語

節能降耗不論在哪個系統中都是需要重點考慮的問題，油田地面工程設計中的節能潛力很大，各專業設計人員應在設計中精心考慮各種可行的技術措施，遵循以上規范及原則，不斷學習新技術、新方法，通過合理的規劃設計，為油田地面工程節能貢獻自己的微薄之力。

[1]國家發展和改革委員會.SY/T 6420—2008 油田地面工程設計節能技術規范[S],2008.

[2]李秋忙.對老油田地面工程改造的幾點認識[J].石油規劃設計,2004(1):8-10.

[3]陳勇.油田生產過程中的節能技術與實現途徑[J].節能,2012(5):48-52.